储罐设计基础

1.2储罐种类和特点
储罐按几何形状可分为 • 圆筒形储罐 • 卧式圆筒形储罐 适用于储存容量较小且需压力较高的液 体。 • 球形储罐 适用于储存容量较大有一定压力的液体 如液氨、液化石油气、乙烯等。 • 双曲线储罐(滴形储罐) 自出现后由于结构复杂，施工困 难，造价高，国内没建造过，国 外也很少采用，实际上 己被淘汰 • 悬链式储罐：在国内又称为无力矩储罐,这种国内在20世 纪50--60年代曾建造过.但由于顶板过薄易积水，锈蚀遭 损坏，目前已被淘汰
损耗类型与损耗量
• 石油类或液体化学品储液的损耗可分为蒸发损耗和残漏损 耗两种类型。蒸发损耗和残漏损耗分别是指储液在生产、 储存、运输、销售中由于受到工艺技术及设备的限制，有 一部分较轻的液态组分气化而造成的在数量上不可回收的 损失和在作业未能避免的滴洒、渗漏、储罐(容器)内壁的 乳黏附、车、船底部余液未能卸净等而造成的数量损失， 储液(油品)的残漏损耗不发生形态变化。 • 文献和调查资料表明，储液损失，特别是油品损耗数量是 十分惊人的。1980年，中国11个主要油田的测试结果表明， 从井口开始到井场原油库，井场油品损耗量约占采油量的 2%，其中发生于井场库的蒸发损耗约占总损耗的32%。据 1995年第四届国际石油会议报道，在美国油品从井场经炼 制加工到成品销售的全过程中，品损耗数量约占原油产量 的3%。若以总损耗为3%估算，全世界每年的油品损耗约有 1X108t，几乎相当于中国一年的原油产量。
储液损耗的原因 • 油品与液体化学品损耗两种类型中，蒸发是储液损耗的主 要原因。为此在这里主要阐述储罐蒸发损耗的各种原因。 • 任何储液的蒸发损耗都是在储罐内部传质过程中发生的。 这种传质过程包括发生在气、液接触面的相际传质，即储 液的蒸发(液体表面的汽化过程)。发生在储罐内气相空间 蒸气分子的扩散.上述过程的进行，使储罐内气相空间原 有的空气变为趋于均匀分布的储液蒸气和空气的混合气体. 当外界条件变化引起混合气体状态参数改变时，混合气体 从储罐排入大气，就造成了储液的蒸发损耗。 • 引起蒸发的内部因素是储液本身的固有性质。对油类来说 是多种碳氢化合物的馏分组成，馏分组成越轻，沸点越低， 蒸气压越大，蒸发损耗越大。因此在储罐内溶剂汽油、航 空汽油、车用汽油和原油，容易 造成蒸发损耗，而煤油、 燃料油的蒸发损耗稍小，润滑油的蒸发损失更小。对液体 化学品来说其组成较单一纯度较高，其蒸发损耗主要取决 于沸点、蒸汽压的大小，沸点越低、蒸气压越大就越容易 蒸发。因此在储罐内的醚类、醇类容易蒸发，苯类、酚类 稍小，酸类和碱类更小。
储液损耗的危害 • 1.液(油品)数量减少，经济损失严重 据估算全世界从油田井场到销售的全过程中，每年原油和 油品的总耗达3%。每年散失到大气中的量约1X108t，其经 济损失相当严重。 • 2.储液(油品)质量降低 由于油品的蒸发都是油料中的最轻组成，因此会严重降低 油品质量，甚至使本来合格油品变为不合格。例如，汽油 随着轻组分的蒸发，蒸气压下降，启动性变差;辛烷值降 低，汽油在发动机内燃烧时抗爆性变差。当航空汽油的蒸 发损耗率达到1. 2%时，其初馏点升高30C ,蒸气压下降20， 辛烷值减少0. 5个单位。
图1-2 自支撑拱顶罐简图
1.2.3伞形顶储罐 自支撑伞形顶是自支撑拱顶的变种，其任何水平截面都具 有规则的多边形。罐顶荷载靠伞形板支撑于罐壁上，伞形 罐顶的强度接近于拱形顶，但安装较容易，因为伞形板仅 在一个方向弯曲。伞形罐顶在美国API650和日本JIS B 8501 油罐规范中被列为罐顶的一种结构形式。但在国内很少采 用。
图1-1 自支撑锥顶罐简图
1.2.2拱顶储罐 • 拱顶储罐的罐顶是一种接近于球形形状的一部分， 其结构 一般只有自支撑拱顶一种。 • 自支撑拱顶又可分为无加强肋拱顶(容量小于1000m3 )、有 加强肋拱顶(容量大于1000～20000m3 )。 • 有加强肋拱顶由4～6mm薄钢板和加强肋(通常用扁钢构 成)，以及由拱形架(用型钢组成)和薄钢板构成拱顶。拱顶 R=0.8～1.2D，它可承受较高的剩余压力，蒸发损耗较少， 它与锥顶罐相比耗钢量少但罐顶气体空间较大，制作需用 胎具，是国内外广泛采用的一种储罐。
1.1.2储罐大型化特点 优点： (1)总图布臵的占地面积小 (2)节省罐区(包括管网和配件)的总投资 (3)节省钢材和基地工程材料 (4)便于储运和管理 理论上存在一种建设费用合理的尺寸组合，罐的高度由 于地耐力或基础的造价不可能有太大变化（日本24m为 限），主要是增加直径。 新问题:(储罐大型化产生的)： (1)罐板壁材料的要求提高了.因储罐大型化后，同时 也对焊接质量提出更严格要求；相应增加储罐壁厚度，提 高对钢材强度和韧性的要求。 (2)事故危害性增大.随着容量的增大对消防措施要求高.
图1-4 双盘式浮顶罐
图1-5单盘式浮顶罐
图1-6 内浮顶罐
1.2.6内浮顶罐特点 • 美国石油学会认为:设计完善的内浮顶是迄今为控制固定顶 油罐蒸发损耗研究出来的和投资最少的方法。 • 大量减少蒸发损耗。 • 由于液面上有浮动顶覆盖，储液与空气隔离，减少空气污 染和着火爆炸危险，易于保证储液质量。特别适用于储存 高级汽油和喷气燃料以及有毒易污染的化学品。 • 易于将已建固定顶罐改造为内浮顶罐，并取消呼吸阀、阻 火器等附件，投资少、经济效益明显。 • 因有固定顶，能有效地防止风砂、雨雪或灰尘污染储液， 在各种气候条件下保证储液的质量，有“全天候储罐”之 称。 • 在密封效果相同情况下，与浮顶罐相比，能进一步降低蒸 发损耗，这是由于固定顶盖的遮挡以及固定顶与内浮盘之 间的气相层甚至比双盘式浮顶具有更为显著的隔热效果。 • 内浮顶罐的内浮盘与浮顶罐上部敞开的浮盘不同，不可能 有雨、雪荷载，内浮盘上荷载少、结构简单、轻便，可以 省去浮盘上的中央排水管、转动浮梯等附件，易于施工和 维护。密封部分的材料可以避免日光照射而老化。
立式圆筒形储罐按其罐顶结构可分为 锥顶储罐 固定顶储罐: 拱顶储罐 伞形顶储罐 网壳顶储罐(球面网壳) 浮顶储罐(外浮顶罐) 浮顶储罐: 浮储罐(带盖浮顶）
1.2.1锥顶储罐 • 图1-1 自支撑锥顶罐简图 • 锥顶储罐又可分为自支撑锥顶和支撑锥顶两种。 • 锥顶坡度最小为1/16，最大为3/4，锥形罐顶是一种形状 接近于正圆锥体表面的罐顶。 • 自支撑锥顶其锥顶荷载靠锥顶板周边支撑于罐壁上，自支 撑锥顶又分为无加强肋锥顶和加强肋锥顶两种结构.储罐 容量一般小于1000m3。支承式锥顶其锥顶荷载主要布梁或 镶条(架) 及柱来承担。 • 柱子可采用钢管或型钢制造。采用钢管制造时，可制成封 闭式，也可设臵放空孔和排气孔。柱子下端应插人导座内， 柱子与导座不得相焊，导座应焊在罐底板上。其储罐容量 可大于1000m3以上。 • 锥顶罐制造简单，但耗钢量较多，顶部气体空间最小.可 减少“小呼吸”损耗。自支撑。锥顶还不受地基条件限制。 支撑式锥顶不适用于有不均匀沉陷的地基或地荷载较大的 地区。除容量很小的罐( 200m3以下)外，锥顶罐在国内很 少采用，在国外特别是地震很少发生的地区，如新加坡、 英国、意大利等用得较多。
荷载靠拱顶周 边支撑于罐壁
受力情况好,结构简单,刚性好 能承受较高的剩余压力,耗钢量 最小
荷载靠伞形板 周边支撑于罐 壁上
系美国API650和日本JIS 强度接近于拱顶,安装较拱顶容 B8501规范中的一种罐顶结 易 构形式，但国内很少采用
荷载靠网格结 构支撑于罐壁 上
刚性好，受力好，可用于 VN>2×104m3以上的固定顶储罐
1.2.4网壳顶储罐(球面网壳) 钢网壳结构形式在近代大型体育馆屋顶结构中已有成熟的 设计经验工程实践证明它具有足够的刚性和可靠性，显示 了网壳结构罐顶具有广泛的推广和使用价值。
1.2.5浮顶储罐 • 这种罐的浮动顶(简称浮顶)漂浮在储液面上。浮顶与罐壁之 间有一个环形空间。环形空间中有密封元件。浮顶与密封 元件一起构成了储液面上的覆盖层，随着储液上下浮动， 使得罐内的储液与大气完全隔开.减少储液储存过程中的蒸 发损耗，保证安全.减少大气污染。 • 浮顶的形式有双盘式、单盘式、浮子式等。浮顶罐的使用 范围在一般情况下.原油、汽油、溶剂油以及需控制蒸发损 耗及大气污染，控制放出不良气体，有着火危险的液体化 学品都可采用浮顶罐。浮顶罐按需要可采用二次密封。
可制造成部件，在现场组 装成整体结构
1.2.7储液损耗 研究石油类或液体化学品储运系统储液的损耗日益受到 人们的重视。损耗不但使资源浪费，降低了储液的质量， 造成经济损失，而且严重污染环境，危害人们的生活质量 和生存，因此作为储运系统重要组成部分的储罐技术发展 的标志之一，就是有效径制和尽量减少储液的很耗。
按制造储罐的材料,又可分为: 非金属储罐 塑料防震储罐 软体储罐 金属储罐(钢壳衬里、铝及其合金等)
按储罐所在位臵和达到某种目的又可分为： 地上储罐 地上储罐 半地下储罐 山洞储罐 海中储罐地下废坑道 废矿穴改建地下的储库等。
•
20 世纪 70 年代以来，内浮顶储油罐和大型浮顶油罐发展 较快。 第一个发展油罐内部覆盖层的是法国。 1955年美国也开始建造此种类型的储罐。 1962 年美国德士古公司就开始使用覆盖浮顶罐，并在纽 瓦克建有世界上最大直径为 187ft(61.6m) 的带盖浮顶 罐。 1972年美国已建造了600多个内浮顶油罐。 1978年美国API650附录H对内浮盘的分类、选材、设计、 安装、检验及标准载荷、浮力要求等均做了一系列修 订和改进。先进国家都有较齐全的储罐设计专用软件， 静态分析、动态分析、抗震分析等，如T形脚焊缝波带 分析。近 20 年也相继出现各种形式和结构的内浮盘或 覆盖物。 目前已有16×104m3 20×104m3 24×104m3
荷载主要由梁 檀条或 桁架和柱子承 担
VN≥1000m3 不适用地基有不均匀沉降， 坡度较自支撑式小,顶部气体空 耗钢量较自支撑多 间最小,可减少“小呼吸”损耗 气体空间较锥顶大，制造 需胎具，单台成本高，分 有加强肋和无加强肋两种 拱顶板
拱顶罐 （一般 只有自 支撑式 ） 伞形顶 罐 （一般 只有自 支撑式 ） 网壳顶 罐
1.1.1储罐： 油品和各种液体化学品的储存设备. 用途:是储运系统设施、炼油、化工装臵 的重要组成部 分。 按温度划分,可分为: 低温储罐(-90 ℃ ～-20 ℃) 常温储罐(<90℃) 高温储罐(90 ℃ ～250 ℃)
按压力划分,可分为: 低压储罐(-490Pa～2000Pa) 常压储罐(2000Pa～0. 1MPa)
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• 3.环境污染，危及人的生活质量和生存 大多数的油库、油码头、石油与化工联合装臵和加油站 分布在人口稠密的城市或周边地区，散发到大气中的油气 含有苯和有机活性化合物，苯对人有致癌作用，而有机活 性化合物与氮氧化物在紫外线的作用下会发生一系列的光 化学反应，生成臭氧、一氧乙酞硝酸醋、醛类、酮类和有 机酸类等二次污染物；大气中的SO2还会生成硫酸盐气溶 胶，这种一次和二次污染物的混合物称为光化学烟雾。这 种烟雾强烈刺激人的眼睛、喉咙导致头痛以及使呼吸道患 者病情恶化，严重时甚至造成死亡。因此寻找降低油品和 液体化学品损耗 的措施，是十分重要的课题。
1978年国内3000m3铝浮盘投人使用，通过测试蒸发损耗，收 到显著效果。 1985年中国从日本引进第一台10×104m3 全部执行日本标准JISB8501 同时引进原材料，零部件 及焊接设备. 目前国内对10×104m3油罐有比较成熟的设计、施工和使 用 的经验，国产 大型储罐用高强度刚材已能够批量生产。 15×104m3目前国内正在建设。 储罐的发展趋势---大型化
类型 自 支 撑 式 支 撑 式
罐顶表面 形状 接近于正 圆锥体
受力分析 荷载靠锥顶板 周边支撑于罐 壁上
罐顶特点和使用范围 VN＜1000m3 直径不宜过大，制造容易，不 受地基条件限制
备注 1/16≤坡度≤3/4分有加强 肋和无加强肋两种锥顶板
锥 顶 罐
接近于正 圆锥体 接近于球 形表面拱 顶 R=0.8~1. 2D 一种修正 的拱形顶 其任一水 平截面都 是规则的 多边形 一种球面 形状
第1章． 储罐设计概述
主要内容 ● 储罐及发展概况 ● 影响储罐工艺系统和储罐建造的因素 ● 储罐的种类及特点 ● 储罐材料及选用 ● 储罐设计方法与基本要求
•教学重点： 储罐种类、特点及应用情况， 储罐设计的常用规范； 储罐的大型发展趋势及技术难题 储罐材料及的常用规范 •教学难点： 无
1.1储罐及发展概况